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Die Natur gliedert sich in zwei große Bereiche, das Reich des Unbelebten und das Reich des Lebendigen. Die Biologie beschäftigt sich als Wissenschaft des Lebendigen mit den lebenden Erscheinungen in der Natur. Wie wir wissen, dass Wasser, Luft oder Feuer nicht lebendig sind, wissen wir auch, dass Pflanzen und Tiere zu den Lebewesen gehören. Wie unterscheiden sich nun diese Lebewesen von den nicht belebten Phänomenen oder woran erkennt man ein Lebewesen?
Betrachtet man unterschiedliche lebendige Gegenstände wie beispielsweise ein Bakterium, eine Mohnblume oder ein menschliches Wesen stellt sich die Frage: Welche Merkmale haben alle diese Erscheinungsformen gemeinsam, woran kann man erkennen, dass es sich um Lebewesen handelt? Für die Antwort reicht ein Kriterium alleine nicht aus. Vielmehr muss eine bestimmte Gruppe von Eigenschaften vorhanden sein, um eine Erscheinungsform als echtes Lebewesen klassifizieren zu können. Gerade wenn es darum geht, urzeitliche sehr einfache Lebensformen als solche zu erkennen, kann die genaue Überprüfung der „Kennzeichen des Lebendigen” von Bedeutung sein.

Cyanobakterien (auch: Blaualgen) sind Mikroorganismen, die wie Bakterien einen prokaryotischen Zellaufbau (zellkernlos) besitzen, jedoch wie die Chloroplasten eukaryotischer (zellkernhaltiger) Pflanzen eine Fotosynthese durchführen, bei der Sauerstoff entsteht. Sie waren als erste Lebewesen der Erdgeschichte überhaupt in der Lage, Fotosynthese mit Wassermolekülen als Wasserstoffquelle zu betreiben und so Sauerstoff zu bilden. Damit waren sie für die allmähliche Anreicherung von Sauerstoff in der Erdatmosphäre verantwortlich.
Die taxonomische Zuordnung der Cyanobakterien erfolgte aufgrund morphologischer und physiologischer Merkmale zunächst bei den Algen, molekularbiologische Untersuchungen führten bald darauf zu einer Einordnung bei den Bakterien. Ursächlich hierfür waren der prokaryotische Zellaufbau und die Zusammensetzung der DNA.
Älteste, den Cyanobakterien ähnelnde Fossilien hat man in Stromatolithen (schichtförmig aufgebaute Gesteine aus fossilisierten Einzellern) gefunden, deren Alter auf 3,5 Milliarden Jahre bestimmt werden konnte.
Heute sind Cyanobakterien häufig Besiedler extremer und extremster Lebensräume (Extremophile). Dies hängt zusammen mit ihrem besonderen Stoffwechsel (Fotosynthese, Stickstofffixierung) und der Fähigkeit, lange Zeit in trockenen, sehr kalten sowie sehr heißen Lebensräumen zu überleben. Als Bestandteil des marinen Phytoplanktons (Picophytoplankton) spielen sie beim globalen Stoffkreislauf eine wichtige Rolle, insbesondere wegen ihrer Fähigkeit, Luftstickstoff zu assimilieren.

Feuer und Brände üben – wie andere abiotische Umweltfaktoren wie beispielsweise Windwurf, Überflutungen, Steinschlag oder Schneebruch – einen erheblichen Einfluss auf Ökosysteme aus. Großräumig und auf lange Zeiträume hin befinden sich Feuerklimaxgesellschaften in einem dynamischen Gleichgewicht. Die Menge an verbrannter Phytomasse wird durch Regenerationsprozesse in der Biosphäre ausgeglichen, d. h. der bei dem Feuer verloren gegangene und in die Atmosphäre abgegebene Kohlenstoff wird bei anschließendem verstärktem Wachstum von den Pflanzen wieder aufgenommen und in der Phytomasse festgelegt.
Neben der Verbrennung fossiler Energieträger (Kohle, Erdöl, Erdgas) trägt heute vor allem die Brandrodung zur permanenten Waldumwandlung in Kulturland zum Anstieg des atmosphärischen ${\text{CO}}_{\text{2}}\text{-Gehaltes}$ bei (geschätzt 1-2 Gigatonnen Kohlenstoff pro Jahr, fossile Brennstoffe: 5-6 Gigatonnen pro Jahr).
Pflanzen, die an eine häufige Feuereinwirkung angepasst und dadurch direkt oder indirekt gefördert sind, nennt man Pyrophyten.

* 28.12.1944 in Lenoir, North Carolina (USA)

KARY BANKS MULLIS arbeitete von 1979 bis 1986 als DNA-Chemiker bei der Cetus Corporation in Emeryville, Kalifornien und entwickelte dort die Methode der Polymerase-Kettenreaktion, mit deren Hilfe man in kurzer Zeit aus kleinsten DNA-Mengen Millionen von Kopien herstellen kann. Dafür erhielt er 1993 den Nobelpreis für Chemie. Mittlerweile wird die PCR-Methode in den unterschiedlichsten Bereichen der modernen biologischen Forschung angewandt, von der Paläobiologie über die Evolutionsforschung bis zur forensischen Biologie (genetischer Fingerabdruck). MULLIS hat einige weitere bahnbrechende Patente erfunden. Er erhielt zahlreiche nationale und internationale Preise. Derzeit forscht er am Children´s Hospital and Research Institute in Oakland, Kalifornien. Außerdem ist er wissenschaftlicher Berater verschiedener Gentechnikunternehmen und Gastdozent mehrerer Hochschulen.

Der Begriff „Biodiversität“ oder „biologische Vielfalt“ umfasst die genetische Variabilität innerhalb einer Art, die Mannigfaltigkeit der Arten und die Vielfalt der Ökosysteme. Er wurde 1986 von WALTER G. ROSEN als „biological diversity“ eingeführt. Auf der UNO-Konferenz für Umwelt und Entwicklung in Rio de Janeiro im Jahre 1992 wurde ein Übereinkommen zum Schutz der biologischen Vielfalt, die sogenannte Biodiversitätskonvention („convention of biological diversity“ CBD) beschlossen. Mittlerweile ist diese Vereinbarung von mehr als 180 Staaten unterzeichnet worden. Die Bedeutung der Biodiversität für eine nachhaltige Entwicklung der Biosphäre wird auch von Ökonomen und Gesellschaftswissenschaftlern diskutiert. Diese wachsende gesellschaftliche Bedeutung findet ihren Ausdruck in zahlreichen nationalen und internationalen Projekten zur Erhaltung der biologischen Vielfalt.

* 12.02.1809 in The Mount bei Shrewsbury
† 19.04.1882 in Down House (gehört heute zu London-Bromley)

DARWIN gilt als der Begründer der modernen Evolutionslehre. Aufgrund eigener Beobachtungen waren ihm Zweifel an der Unveränderlichkeit der Arten gekommen. Sein Untersuchungsansatz bestand nicht darin zu beweisen, dass Arten sich ändern, sondern wie dies geschieht. Er ging von Kulturpflanzen und Haustieren aus. Es war allgemein bekannt, dass Zuchtformen wie die Pfauentaube, die Perückentaube oder der Kröpfer auf eine Grundform, die Wilde Felsentaube, zurückgehen. Sie sind das Ergebnis einer wiederholten (zielgerichteten) Auslese durch den Züchter über mehrere Taubengenerationen. DARWIN nannte das „künstliche Zuchtwahl“. Er fragte sich, ob es auch in der Natur etwas Vergleichbares, eine „natürliche Zuchtwahl“ oder Selektion, geben könnte. Doch wer oder was übernahm hier die Rolle des Züchters?

DARWIN fand heraus, dass die Umweltbedingungen eine entscheidende Rolle spielen. Es überleben und vermehren sich bevorzugt die Lebewesen, die sich in der Auseinandersetzung mit ihrer Umwelt behaupten. Über Generationen werden dabei zunehmend die Merkmale, deren Vorhandensein sich in dieser Auseinandersetzung als vorteilhaft erweisen, an die Nachkommen weitergegeben. DARWIN fasst das zusammen, indem er im „Kampf ums Dasein“ ein „Überleben der Bestgeeigneten“ sieht.

Er nahm sich 20 Jahre Zeit, um seine Annahmen mit klaren Argumenten zu stützen und daraus eine Abstammungstheorie zu formulieren. Diese veröffentlichte er 1859 in seinem Hauptwerk „Entstehung der Arten durch natürliche Auslese“. Das Buch war am Tag seines Erscheinens ausverkauft, es folgten sechs Auflagen.

Gaia-Hypothese (von griech. gaia = Erde als Muttergottheit).
Die Hypothese, dass die Erde inklusive der darauf lebenden und nicht lebenden Materie einen geschlossenen Superorganismus darstellt, wurde zuerst 1972 vom britischen Astrophysiker und Ingenieur JAMES E. LOVELOCK formuliert. Unterstützung und Ergänzung erfuhr diese Hypothese von der amerikanischen Mikrobiologin LYNN MARGULIS.

Kern der Hypothese ist die Betonung der engen Vernetzung und Abhängigkeiten zwischen Lebewesen untereinander und mit ihrer abiotischen Umwelt. Die ganze Erde kann als adaptives Kontrollsystem angesehen werden, das zur aktiven Selbstregulierung fähig ist. Als Indizien für die Richtigkeit dieser Hypothese werden Eigenschaften der Erde genannt, die über lange geologische Zeiträume hin konstant waren, obwohl sich z. B. die Intensität der Sonneneinstrahlung stark erhöhte. Dazu gehören die Temperatur der Erdoberfläche, die chemische Zusammensetzung der Atmosphäre oder der Salzgehalt der Meere.

Während die Gaia-Hypothese von verschiedenen Anhängern eine stark teleologische Komponente erhielt, hat sich LOVELOCK von solchen teleologischen Vorstellungen distanziert und Gaia als der Evolutionstheorie nicht widersprechend bezeichnet (Geophysiologie). (Teleologie: Entwicklungsprozesse sind zweckgebunden und laufen durchgängig zweckmäßig ab.) Von den Anhängern der Gaia-Hypothese wird aber betont, dass Kooperation und Symbiogenese wichtige Evolutionsfaktoren sind, die von der klassischen synthetischen Evolutionstheorie zu wenig oder gar nicht berücksichtigt werden.

Evolutionsprozesse auf dem Niveau der Populationen werden Mikroevolution genannt, als Makroevolution bezeichnet man die Stammesgeschichte höherer taxonomischer Einheiten.
Isolationsprozesse, aber auch Genomverschmelzungen sind die Ursachen für die Neubildung von Arten.
Beim Ablauf der Makroevolution kann man Allogenese (adaptive Radiation), Arogenese (Erreichen einer neuen adaptiven Zone) und Stasigenese unterscheiden.
Für die Aufklärung der Verwandtschaft verschiedener Arten (Stammbaumforschung) ist der Besitz gemeinsamer abgeleiteter Merkmale von besonderer Bedeutung.

Die synthetische Theorie erweiterte den Darwinismus um die Erkenntnisse der Populationsgenetik. Unter dem Einfluss der Anpassungsselektion breiten sich die verschiedenen Allele eines Gens in einer Population aus. Die Geschwindigkeit dieser Ausbreitung ist vom Ausmaß des „Selektionsvorteils“ sowie von der Größe und der genetischen Homogenität der Population abhängig. Paradebeispiel für eine solche Form der Evolution innerhalb einer Population ist die Zunahme der dunklen Varianten des Birkenspanners in Industriegebieten (Industriemelanismus).

Cyanobakterien (auch: Blaualgen) sind Mikroorganismen, die wie Bakterien einen prokaryotischen Zellaufbau (zellkernlos) besitzen, jedoch wie die Chloroplasten eukaryotischer (zellkernhaltiger) Pflanzen eine Fotosynthese durchführen, bei der Sauerstoff entsteht. Sie waren als erste Lebewesen der Erdgeschichte überhaupt in der Lage, Fotosynthese mit Wassermolekülen als Wasserstoffquelle zu betreiben. Damit waren sie für die allmähliche Anreicherung von Sauerstoff in der Erdatmosphäre verantwortlich.
Die taxonomische Zuordnung der Cyanobakterien erfolgte aufgrund morphologischer und physiologischer Merkmale zunächst bei den Algen, molekularbiologische Untersuchungen führten bald darauf zu einer Einordnung bei den Bakterien. Ursächlich hierfür waren der prokaryotische Zellaufbau und die Zusammensetzung der DNA.
Älteste, den Cyanobakterien ähnelnde Fossilien hat man in Stromatolithen (schichtförmig aufgebaute Gesteine aus fossilisierten Einzellern) gefunden, deren Alter auf 3,5 Milliarden Jahre bestimmt werden konnte.
Heute sind Cyanobakterien häufig Besiedler extremer und extremster Lebensräume (Extremophile). Dies hängt mit ihrem besonderen Stoffwechsel (Fotosynthese, Stickstofffixierung) und der Fähigkeit, lange Zeit in trockenen, sehr kalten sowie sehr heißen Lebensräumen zu überleben, zusammen. Als wichtiger Bestandteil des marinen Phytoplanktons (Picophytoplankton), spielen sie beim globalen Stoffkreislauf eine wichtige Rolle, insbesondere wegen ihrer Fähigkeit, Luftstickstoff zu assimilieren.

Der Begriff Evolution wird umgangssprachlich recht häufig und vielfältig gebraucht. In diesem allgemeinen Sinne bedeutet Evolution Veränderung bzw. Entwicklung. Galaxien, Gesellschaftssysteme, Sprachen und auch die Wissenschaft evolvieren im Sinne von Veränderungen und Weiterentwicklung. Auch in der Werbung wird z. B. von der Evolution einer neuen Autogeneration gesprochen.

In der Biologie versteht man unter Evolution dagegen die Entstehung und Weiterentwicklung von Arten. Der Evolutionsbegriff bezieht sich auf Populationen (Stammesentwicklung = Phylogenese), nicht aber auf die Individualentwicklung (Ontogenese).

Man kann zunächst Methoden der molekularen Evolutionsforschung unterscheiden, die an Proteinen, und solche, die an Nucleinsäure ansetzen.
Die exaktesten Ergebnisse liefern in beiden Fällen Sequenzierungen. Andere Methoden bedienen sich ausgewählter homologer DNA-Abschnitte verschiedener Organismen. Je nach der Auswahl können dabei phylogenetische oder populationsgenetische Aussagen gemacht werden. Manche Methoden – z. B. der Genetische Fingerabdruck oder die Mikrosatelliten-PCR-Analyse – sind auch geeignet, um Unterschiede zwischen einzelnen Individuen herauszufinden (z. B. für Vaterschaftsnachweise oder in der Kriminalistik)

Ähnlichkeiten aus der vergleichenden Biologie in der Gestalt (Morphologie), dem inneren Bau (Anatomie), im Stoffwechsel (Biochemie) oder im Erbgut (Genetik) werden als Belege für die Verwandtschaft und die Evolution der Organismen herangezogen. Doch in der Biologie werden zwei Formen der Ähnlichkeit unterschieden: Homologie und Analogie.

Bei einem Vergleich von Wirbeltierembryonen aus verschiedenen Entwicklungsstadien stellte ERNST HAECKEL (1834-1919) Ähnlichkeiten fest. Er leitete daraus das „biogenetische Grundgesetz“ ab.

Rudimentäre Organe sind rückgebildete Organe. Sie haben im Verlauf der Evolution ihre ursprüngliche Funktion ganz oder teilweise verloren und sind nur noch als Organreste vorhanden.

Lange Zeit wurde die Bedeutung der Symbiose für die Evolution der Lebewesen ignoriert oder jedenfalls für unbedeutend eingeschätzt. Immer wieder wurde an CHARLES DARWINS (1809-1882) Evolutionstheorie nur der „Kampf ums Dasein“ beachtet, Parallelen zur Theorie des Marktes von ADAM SMITH (1723-1790) und zu THOMAS R. MALTHUS' (1766-1834) Theorie des Verhältnisses von Bevölkerungswachstum zu Nahrungsversorgung wurden gesehen und Konkurrenz galt als das wichtigste Prinzip in der belebten Natur.

Erst in jüngerer Zeit - auch durch die Erfolge der Gen- und Genomforschung - wurde deutlich, dass die Geschichte des Lebens und die Entwicklung der Lebewesen ohne Kooperation und „Zusammengehen“ nicht denkbar wäre. Symbiogenese ist ein wichtiger Motor der Evolution und des Wirkungsgefüges in Ökosystemen.

Wurde dieser Gedanke auch lange Zeit vom Mainstream der biologischen Wissenschaft nicht anerkannt, so gab es trotzdem schon seit der zweiten Hälfte des 19. Jahrhunderts zahlreiche Forscher, die auf die Bedeutung der Symbiose für das Leben und die Lebewesen hingewiesen haben.

Die Synthetische Theorie der Evolution ist eine Weiterentwicklung der darwinschen Selektionstheorie.

Es werden die Evolutionsfaktoren Mutation und Rekombination, Anpassungsselektion, Gendrift (Zufallsselektion), Migration (Genfluss) und Isolation unterschieden.

Die Isolation ist für die Bildung neuer Arten verantwortlich.

Die jüngsten Ergebnisse der Genetik und der Evolutionsforschung lassen erkennen, dass die Synthetische Theorie gewisser Ergänzungen bedarf.

Übergangsformen sind Lebewesen, die Merkmale von Organismen, die zwei unterschiedlichen systematischen Gruppen angehören, in sich vereinen.
Als Bindeglieder zwischen zwei Organismengruppen zeigen Übergangsformen deren Verwandtschaft an und weisen auf gemeinsame Vorfahren hin.

Die stammesgeschichtliche Entwicklung der Organismen erfolgte im Verlaufe der Erdgeschichte in ständiger Wechselwirkung mit der Umwelt. Als Ursache für diesen Prozess wurde das Zusammenwirken von Evolutionsfaktoren in den Populationen erkannt. Die wesentlichen Faktoren der Evolution sind Mutation, Neukombination, Isolation und Auslese (Selektion).
Die natürliche Auslese (Selektion) ist ein richtunggebender Evolutionsfaktor, da von Generation zu Generation immer neu die optimal angepassten Individuen einer Population an vorherrschende Umweltbedingungen erhalten bleiben und bei der Fortpflanzung ihren Genbestand an die Nachkommen weitergeben. Verschiedene Selektionsfaktoren unterstützen die natürliche Auslese.

* 12.02.1809 in The Mount bei Shrewsbury
† 19.04.1882 in Down House (gehört heute zu London-Bromley)

DARWIN gilt als der Begründer der modernen Evolutionslehre. Aufgrund eigener Beobachtungen waren ihm Zweifel an der Unveränderlichkeit der Arten gekommen. Sein Untersuchungsansatz bestand nicht darin zu beweisen, dass Arten sich ändern, sondern wie dies geschieht. Er ging von Kulturpflanzen und Haustieren aus. Es war allgemein bekannt, dass Zuchtformen wie die Pfauentaube, die Perückentaube oder der Kröpfer auf eine Grundform, die Wilde Felsentaube, zurückgehen. Sie sind das Ergebnis einer wiederholten (zielgerichteten) Auslese durch den Züchter über mehrere Taubengenerationen. DARWIN nannte das „künstliche Zuchtwahl“. Er fragte sich, ob es auch in der Natur etwas Vergleichbares, eine „natürliche Zuchtwahl“ oder Selektion, geben könnte. Doch wer oder was übernahm hier die Rolle des Züchters?

DARWIN fand heraus, dass die Umweltbedingungen eine entscheidende Rolle spielen. Es überleben und vermehren sich bevorzugt die Lebewesen, die sich in der Auseinandersetzung mit ihrer Umwelt behaupten. Über Generationen werden dabei zunehmend die Merkmale, deren Vorhandensein sich in dieser Auseinandersetzung als vorteilhaft erweisen, an die Nachkommen weitergegeben. DARWIN fasst das zusammen, indem er im „Kampf ums Dasein“ ein „Überleben der Bestgeeigneten“ sieht.

Er nahm sich 20 Jahre Zeit, um seine Annahmen mit klaren Argumenten zu stützen und daraus eine Abstammungstheorie zu formulieren. Diese veröffentlichte er 1859 in seinem Hauptwerk „Entstehung der Arten durch natürliche Auslese“. Das Buch war am Tag seines Erscheinens ausverkauft, es folgten sechs Auflagen.

Durch das Zusammenwirken der Faktoren wird die Evolution vorangebracht; hierbei setzt durch die Auslese (Selektion) die Auswahl primär am Phänotyp (Erscheinungsbild) an und gibt der Evolution die Richtung, während die Mutation das Material liefert (neue Gene). Die Gene werden durch die Rekombination zu neuen Varianten kombiniert und führen so über neue Genotypen zu neuen Phänotypen. Die Isolation, d. h. die Trennung der Gruppen in Teilpopulationen, kann ebenfalls zu völlig verschiedenen Entwicklungstendenzen in den Teilgruppen führen, wobei in der Regel neue Arten (Spezies) entstehen können. Man spricht vom Prozess der Artbildung.

Unter Evolution wird der Prozess der stammesgeschichtlichen Entwicklung der Organismenarten verstanden. Dabei wird davon ausgegangen, dass sich die heutige Vielfalt der Organismenarten in langen Zeiträumen aus wenigen, einfach organisierten Formen entwickelt hat.
In der Evolutionsforschung beschäftigt man sich mit diesen Fragen.